《钢结构》桁架(2014)_304909688

1．桁架荷载
桁架上的荷载有永久荷载和可变荷载两大类。 永久荷载包括屋面材料（保温层、防水层、屋面 板等）和檩条、屋架、天窗架、支撑及天棚等结 构的自重。可变荷载包括屋面活荷载、风荷载、 积灰荷载、雪荷载及悬挂吊车荷载等。永久荷载 和可变荷载值可由《建筑结构荷载规范》 (GB50009)查得或根据材料的规格计算。
3、在斜平面的计算长度L0 对于双角钢组成的十字形截面和单 角钢截面腹杆 ，L0=0.9L。 桁架各杆件在平面内和平面外的计算长 度L0详见教材表7.2 4、交叉腹杆，平面内取节点到交叉点距离； 平面外按教材表7.3
二、 桁架杆件的截面选择和计算
1、截面形式 桁架杆件常用的截面形式如表8.4 所示
3
托架形式
7.3
4
天窗架形式
7.4
5 屋盖支撑
（1）组成：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、 下弦纵向水平支撑、垂直支撑及系杆（图7.5）。
7.5
（2）支撑的作用：* 保证结构的空间作用 * 增强屋架的侧向稳定 （厂房吊装） * 传递屋盖的水平荷载 （3）支撑的布置： * 便于屋盖的安全施工 各种支撑的布置原则及作用见教材P176~P179（自学） （4）支撑的计算（受拉腹杆参与计算）：
1.2 3.75 0.02 1.5 6 8.1KN
80mm厚泡沫混凝土保温层：
1.2 6.1 0.08 1.5 6 5.4 KN
大型屋面板：
1.2 1.4 1.5 6 15.12 KN
屋架及支撑重：
1.2 (0.12 0.011 24) 1.5 6 4.1KN
柱网采用非封闭结合时，计算跨度等 于标志跨度即l0=l（图7.2,b）； 当桁架与钢柱刚接时，其计算跨度取 钢柱内侧面之间的间距（图7.2,c）。
L0
L0
L0
7.2
高度：三角形桁架高度较大，一般取跨中高 度h=(1/4~1/6)l。 梯形桁架当上弦坡度为1/8～1/12时，跨 中高度一般为(1/6～1/10)l。跨度大（或屋面 荷载小）时取小值，跨度小（或屋面荷载大） 时取大值。梯形桁架的端部高度：当桁架与 柱铰接时为1.6~2.2m，刚接时为1.8~2.4m。 端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。
荷载组合： 第一种组合：① 全跨永久荷载+全跨可变荷载
Q
G Q G Q G
Q
G
Q Q G G G G G Q Q
Q/2 G/2
Q
G
Q
Q
G
Q/2 G/2
第二种组合：② 全跨永久荷载+半跨可变荷载
Q G Q G
Q
G
Q/2
G
Q/2 G/2
Q
G
Q
G
G G G G G G/2
二、桁架杆件的内力计算 计算桁架杆件内力时，采用如下假定： (1)桁架的各节点均视为铰接； (2)桁架的所有杆件的轴线都在同一平面 内且在节点处交汇； (3)荷载均在桁架平面内作用于节点上。
N f A
l0 i
i
I （或查表） A
*需要确定桁架杆件的计算长度和进行截 面选择
一、桁架杆件的计算长度
1、在桁架平面内的计算长度 lox 图(a)所示梯形桁架的弦杆、支座竖杆 和支座斜杆，在桁架平面内的计算长度可取 节点间的轴线长度，即l0x=l。其它腹杆， 平面内的计算长度可取l0x=0.8l。
7.6
（5）支撑的构造:图（7.7）
7.7
设计一： 按照课程设计任务书要求，若厂 房采用梯形钢屋架，上铺预应力大 型屋面板（屋面板不作支撑），绘 制屋盖支撑布置图（A4图纸打印）。
上交时间：
7.4 桁架设计
桁架设计（简支屋架设计） 设计内容及设计步骤： 桁架选型及确定主要尺寸 桁架的荷载计算及荷载组合 内力计算 桁架节点设计 桁架杆件的设计 桁架施工图绘制
8.14
三角形桁架：适用于屋面坡度较大的有檩屋 盖结构，根据屋面的排水要求，坡度一般 为 =1/2～1/3，跨度一般在18 ～24m之间。 三角形桁架与柱只能做成铰接 梯形桁架：适用于屋面坡度较小的屋盖体系。 其坡度一般为 1/8～1/16。跨度可达36m。 梯形桁架与柱的连接可做成刚接也可做成铰 接。
采用数解法、图解法或借助电算等求得
当桁架上弦有节间荷载时： 除了把节间荷载分配到相邻节点并 按节点荷载求解杆件内力外，还应计算 节间荷载引起的局部弯矩。
局部弯矩近似计算：M0为按简支梁计 算的最大弯矩，则：（如图7.9）
7.9
端节间正弯矩取0.8M0 其它节间正弯矩和节点负弯矩取0.6M0
设计二：
桁架上弦或下弦有节间荷载作用 时，应根据轴心力和局部弯矩，按第7 章拉弯和压弯构件计算方法对节点处 或节间弯矩较大截面进行计算。
〔例题〕在全部节点设计荷载作用下，梯形 屋架上弦杆内力及侧向支承点位置如图所示， 上弦截面无削弱，材料为Q235A钢，节点板 厚度为10mm。选择双角钢上弦截面。
—
解： 1、计算A 假定：λ ＝70， 双角钢截面属于轴心压杆的b类，查表得：
7.10
（2）轴心压杆
N f 确定A 由 A ( 先假定λ，弦杆60～100，腹80～120， 查表φ，算出A，同时计算ix、iy)
查附录7选择合适角钢，查得实际A及回 转半径ix、iy 验算强度、刚度、稳定性直到满足 要求
验算: (1) 若无截面削弱可不进行强度验算。 (2) 刚度验算：
Ⅱ
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桁架（屋架）结构设计
大纲要求
1、了解屋盖结构的组成及作用
2、掌握屋盖支撑的布置原则
3、掌握屋架尺寸的确定
4、掌握屋架的设计步骤及内容
5、正确绘制钢屋架施工图
教学重点
1、屋架各种尺寸的确定 2、屋架的设计步骤及内容
教学难点
屋架的设计步骤及内容
7.3 屋 盖 结 构 1 钢屋盖结构的形式 无檩屋盖结构 （图7.1a） 钢屋盖结构 有檩屋盖结构 （图7.1b）
2、在桁架平面外的计算长度L0y 桁架的弦杆在桁架平面外的计算长度l0y应取弦杆侧向 支承点之间的距离l1，即l0y＝l1。 （1）上弦杆：
有檩体系：檩条与支撑的交叉点不相连时(图 b左)，
取支撑节点间的距离； 檩条与支撑的交 叉点用节点板焊 牢时(图b右)，则 取檩条间的距离；
无檩体系：保证大型屋面板与上弦三点可 靠焊接，可取两块大型屋面板的宽度，即 l0y＝2b； 不能保证三点可靠焊接，计算长度l0y 仍取支撑点间的距离。
2、截面计算 （1）轴心拉杆 轴心拉杆可按强度条件确定所需的净截面积An， N 即： An f 式中 f——钢材的抗拉强度设计值。当采用 单角钢单面连接时，乘以0.85的折减系数
根据An由附录选用 合适的角钢，然后验 算其强度和刚度。当 连接支撑的螺栓孔位 于连接节点板内且离 节点板边缘的距离 （沿杆件受力方向） 不小于100mm时（图 7.10），可不考虑该孔 对角钢截面的削弱。
无檩屋盖结构：通常为6m钢筋混凝土大型屋面板， 梯形屋架，适用于较小屋面坡度，常用坡度为 1:8~1:12。 有檩屋盖结构：常用于轻型屋面材料，三角形屋 架，适用于较陡的屋面坡度以便排水，常用坡度 为1:2~1:3。
2
屋架的形式和主要尺寸 屋架－－桁架
a 桁架的主要形式： 普通钢桁架按其外形可分为三角形、梯 形及平行弦三种。
平行弦桁架：可做成不同坡度，一般用于单 坡屋架、托架、吊车制动桁架、栈桥或支撑 体系。
b 桁架的主要尺寸: 桁架的主要尺寸包括桁架的跨度、跨中高 度及梯形桁架的端部高度。 跨度:桁架的标志跨度是指定位轴线间的距 离，一般以3m为模数。桁架的计算跨度 是 指桁架两端支座反力间的距离。
当桁架简支于钢筋混凝土柱上，且柱网 采用封闭结合时，一般可取l0=l-(300～ 400mm)（图7.2,a）；
桁架和支撑的自重：可按下面经验公式进行估算
gwk 0.12 0.011l
式中：l －桁架的标志跨度(m)
g wk－按屋面水平投影面分布（KN/m2)当桁架下 g wk 全部作用于上弦节点； 弦不设吊顶时， g wk 由上下弦节点平均分配 当设有吊顶时，
屋面的永久均布荷载：按屋面水平投影面上分布的荷载 计算。故沿屋面斜面分布的荷载 q k 均应换算为水平面 上分布的荷载 qk ，即：
1、确定梯形钢屋架的计算跨度、端 部和跨中高度以及各杆件的几何尺 寸。(若L≥24m，起拱为1/500L） 2、计算屋架节点作用荷载，并计算 桁架内力（考虑第一种荷载组合）。 绘制屋架单线图，标注几何尺寸和 内力。 上交时间：
7.4.3 桁架杆件的设计 桁架中各构件，当无节间荷载作用时，按轴 心受力构件计算；有节间荷载作用时，按偏心受 力构件计算。 轴压构件：整体稳定 轴拉构件：强度 复习轴压构件整体稳定计算：
（2）下弦杆：取下弦侧向支承点间的距 离，该距离应由下弦的支撑体系或系杆的 设置确定。
（3）当受压弦杆侧向支承点间的距离L1为节间长 度L的两倍，且两节间弦杆的内力N1≠N2 时(图a), 其桁架平面外计算长度可按下式计算
N2 l0 l1 0.75 0.25 N 1
节点集中荷载P可按各种均布荷载对节点汇集进行计 算（图7.8中阴影面积）：
7.8
厂房柱距为6m， 屋架上放置大型屋 面板。a，s？
3．荷载组合
考虑以下三种荷载组合： ① 全跨永久荷载+全跨可变荷载； ② 全跨永久荷载+半跨可变荷载； ③ 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重 +半跨屋面活荷载。 注：1、在进行跨中斜腹杆的截面选择时，无论在全跨荷 载作用下是拉杆还是压杆，均按压杆考虑并控制长细比不 大于150。此时，可不考虑②③组合。 2、对于屋面坡度较大和自重较轻的钢桁架，尚应 考虑风荷载吸力作用的组合。受拉杆在永久荷载与风荷 载联合作用下可能受压。可按受压杆设计，且当 λ≤250。可不考虑此种组合。
N1—较大的压力“＋”；
但不小于0.5L1
N2—较小的压力“＋” 或
拉力“－”
（4）再分式腹杆体系的受压主斜杆(图b)在 桁架平面外的计算长度亦按式上式确定;受拉 主斜杆仍取L0y＝L1。 再分式主斜杆在桁架平面内的计算长度L0x 上 段(N2段) L0x=L; 下段(N1段) L0x=0.8L。
恒荷载： G
8.1 5.4 15.12 4.1 32.72 KN
屋面雪荷载为0.4KN/m2，屋面活荷载为0.7KN/m2 ， 取大值计算。 活荷载：Q 1.4 0.7 1.5 6 8.82KN 屋架节点作用荷载设计值：
P 32.72 8.82 41.54KN
〔例题〕24m跨度屋架上、下弦设有支撑，上铺大 型屋面板（1.4KN/m2 ） ，80mm厚泡沫混凝土保温 层（6.1KN/m3）20mm厚防水及找平层 （3.75KN/m3） 。屋面雪荷载为0.4KN/m2，屋面 活荷载为0.7KN/m2。厂房柱距为6m。计算屋架节 点作用荷载设计值。 解： 20mm厚防水及找平层：
7.4.1 桁架的形式和主要尺寸
封闭：l0=l-(300～400mm) 计算跨度 非封闭：计算跨度等于标志跨度即l0=l 刚接：钢柱内侧面之间的间距
主要尺寸 跨中高度 三角形：h=(1/4~1/6)l 梯形：(1/6～1/10)l 梯形桁架端部高度
铰接：1.6~2.2m 刚接：1.8~2.4m
7.4.2 桁架的荷载及内力计算 一、桁架的荷载计算与荷载组合
qk
q k
梯形桁架屋面，可近似取 qk q k
cos
（为屋面倾角） qk
α
qk
*《建筑荷载规范》给出的屋面均布活荷载、雪 荷载均为水平投影面上的荷载，故实际计算时不再 作上述换算。
2．节点荷载计算
桁架所受的荷载一般通过檩条或大型屋面 板肋以集中力的方式作用于桁架的节点上。对 于有节间荷载作用的桁架弦杆，可先将各节间 荷载分配在相邻的两个节点上，与该节点原有 节点荷载叠加，解得桁架各杆轴力，然后在计 算弦杆时再按实际节间荷载作用情况计算弦杆 的局部弯矩
y
l0 y iy

l0 x x ix
(3) 稳定验算：双角钢压杆及轴对称放置的单 角钢压杆，绕对称轴失稳时，采用换算长细 比λ yz代替λ y，即选择max(λ x， λ yz）查 得φ 进行稳定验算。
换算长细比λyz的计算：
详见《钢结构基本原理》课件 （3）拉弯或压弯杆